„Ploaia de diamante” de pe planetele înghețate, mai întâlnită decât se credea

Un nou studiu a descoperit că „ploaia de diamante”, un tip exotic de precipitații pe planetele gigantice de gheață, mult timp bănuit ca fiind rar, ar putea fi mai frecvent decât se credea până acum.

Într-un experiment anterior, cercetătorii au imitat temperaturile și presiunile extreme întâlnite în adâncul giganților de gheață Neptun și Uranus și, pentru prima dată, au observat ploaia de diamant în timp ce se forma.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Investigând acest proces într-un nou material care amintește de compoziția chimică a lui Neptun și Uranus, oamenii de știință de la Laboratorul Național de Accelerare SLAC al Departamentului de Energie și colegii lor au descoperit că prezența oxigenului face ca formarea diamantelor să fie mai probabilă, permițându-le să se formeze și să crească la o gamă mai largă de condiții și pe mai multe planete.

Noul studiu oferă o imagine mai completă a modului în care se formează ploaia de diamante pe alte planete și, aici, pe Pământ, ar putea duce la o nouă modalitate de fabricare a nanodiamantelor, care au o gamă foarte largă de aplicații în domeniul administrării de medicamente, al senzorilor medicali, al chirurgiei neinvazive, al producției durabile și al electronicii cuantice.

Legătura dintre plastic și planetele de gheață

,,Lucrarea anterioară a fost prima dată când am văzut direct formarea de diamante din orice amestec”, a declarat Siegfried Glenzer, directorul Diviziei de densitate energetică ridicată de la SLAC. ,,De atunci, au avut loc destul de multe experimente cu diferite materiale pure. Dar în interiorul planetelor, este mult mai complicat. Există mult mai multe substanțe chimice în amestec. Și astfel, ceea ce am vrut să ne dăm seama aici a fost ce fel de efect au aceste substanțe chimice suplimentare”.

Echipa a publicat rezultatele în Science Advances.

În cadrul experimentului anterior, cercetătorii au studiat un material plastic realizat dintr-un amestec de hidrogen și carbon, componente cheie ale compoziției chimice globale a lui Neptun și Uranus. Dar, pe lângă carbon și hidrogen, giganții de gheață conțin și alte elemente, cum ar fi cantități mari de oxigen.

În experimentul recent, cercetătorii au folosit plasticul PET – folosit adesea în ambalaje alimentare, sticle de plastic și recipiente – pentru a reproduce mai exact compoziția acestor planete.

,,PET-ul are un echilibru bun între carbon, hidrogen și oxigen pentru a simula activitatea din planetele de gheață„, a declarat Dominik Kraus, fizician la HZDR și profesor la Universitatea din Rostock.

Oxigenul, cel mai bun prieten al unui diamant

Cercetătorii au folosit un laser optic de mare putere pentru a crea unde de șoc în PET. Apoi, au cercetat ce s-a întâmplat în plastic cu ajutorul impulsurilor de raze X.

Folosind o metodă numită difracție de raze X, au urmărit cum atomii din material se rearanjează în mici regiuni de diamant. În același timp, au folosit o altă metodă numită împrăștiere cu unghiuri mici, care nu fusese folosită în prima lucrare, pentru a măsura cât de repede și cât de mari au crescut aceste regiuni.

Folosind această metodă suplimentară, au putut determina că aceste regiuni de diamant au crescut până la o lățime de câțiva nanometri. Ei au descoperit că, odată cu prezența oxigenului în material, nanodiamantele au fost capabile să crească la presiuni și temperaturi mai mici decât cele observate anterior.

,,Efectul oxigenului a fost acela de a accelera scindarea carbonului și a hidrogenului și de a încuraja astfel formarea nanodiamantelor”, a declarat Kraus. ,,Aceasta a însemnat că atomii de carbon s-au putut combina mai ușor și au putut forma diamante”.

Indicii despre planetele înghețate

Cercetătorii prezic că diamantele de pe Neptun și Uranus ar deveni mult mai mari decât nanodiamantele produse în aceste experimente – poate milioane de carate în greutate. De-a lungul a mii de ani, diamantele s-ar putea scufunda încet prin straturile de gheață ale planetelor și s-ar putea asambla într-un strat gros în jurul nucleului planetar solid.

Echipa a găsit, de asemenea, dovezi că, în combinație cu diamantele, s-ar putea forma și apă superionică. Această fază recent descoperită a apei, adesea descrisă ca ,,gheață neagră și fierbinte”, există la temperaturi și presiuni extrem de ridicate. În aceste condiții extreme, moleculele de apă se rup și atomii de oxigen formează o rețea cristalină în care nucleele de hidrogen plutesc liber. Deoarece aceste nuclee care plutesc liber sunt încărcate electric, apa superionică poate conduce curent electric și ar putea explica câmpurile magnetice neobișnuite de pe Uranus și Neptun.

Descoperirile ar putea, de asemenea, să aibă un impact asupra înțelegerii planetelor din galaxiile îndepărtate, deoarece oamenii de știință cred acum că giganții de gheață sunt cea mai comună formă de planetă din afara Sistemului nostru Solar.

Diamantele și compoziția din interiorul planetar

,,Știm că nucleul Pământului este alcătuit predominant din fier, dar multe experimente investighează încă modul în care prezența unor elemente mai ușoare poate schimba condițiile de topire și tranzițiile de fază”, a declarat Silvia Pandolfi, cercetător și colaborator al SLSLAC. ,,Experimentul nostru demonstrează modul în care aceste elemente pot schimba condițiile în care se formează diamantele pe giganții de gheață. Dacă dorim să modelăm cu acuratețe planetele, atunci trebuie să ne apropiem cât mai mult de compoziția reală a interiorului planetar.”

Cercetarea indică, de asemenea, o potențială cale de urmat pentru producerea de nanodiamante prin comprimarea prin șocuri, cu ajutorul laserului, a materialelor plastice PET ieftine, scrie EurekAlert.

Deși sunt deja incluse în abrazivi și agenți de lustruire, în viitor, aceste mici pietre prețioase ar putea fi folosite pentru senzori cuantici, agenți de contrast medical și acceleratori de reacție pentru energie regenerabilă.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Telescopul Webb a detectat dioxid de carbon în atmosfera unei exoplanete

Test de cultură generală. Cine a denumit planetele?

Extratereștrii ar putea muta planete întregi pentru a transmite mesaje către alte civilizații

O nouă analiză arată cum se formează norii sulfuroși din atmosfera planetei Venus